DE10151487C1

DE10151487C1 - Verfahren zur Herstellung einer metallischen Struktur sowie Vorrichtung zur Benetzung einer metallischen Struktur mit einem Klebstoff

Info

Publication number: DE10151487C1
Application number: DE10151487A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Caspar; Ferdi Kurth; Christoph Mueller; Alexander Scholz; Michael Voit
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: JP2003211082A; US20030075590A1; US6811071B2

Abstract

Es wird ein Verfahen zur Herstellung einer metallischen Struktur (1) vorgeschlagen, bei dem die metallische Struktur (1) separate Wände (2) umfasst, welche für ein Fluid durchströmbare Kanäle (3) bilden. Dazu werden die Wände (2) zumindest teilweise im Inneren der Kanäle (3) mit einem Klebstoff (4) benetzt, die metallische Struktur (1) wird mit einem Lot (5) in Kontakt gebracht, welches an dem Klebstoff (4) haftet, und anschließend wird eine thermische Behandlung zur Ausbildung von Lotverbindungen (6) zwischen den separaten Wänden (2) durchgeführt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die dosierte Zugabe des Klebstoffes (4) mittels mindestens eines mit dem Klebstoff (4) in Verbindung stehenden, wabenförmigen ausgestalteten Dosierelementes (7) mit einer Eintrittsseite (8) und einer Austrittsseite (9) erfolgt, wobei der Klebstoff (4) über die Eintrittsseite (8) in das Dosierelement (7) gelangt und über die Austrittsseite (9) gleichmäßig in die Kanäle (3) weitergegeben wird. Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Benetzen der metallischen Struktur (1) mit Klebstoff offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Struktur welche separate Wände umfasst, die für ein Fluid durch strömbare Kanäle bilden. Die Wände werden dabei zumindest teilweise im Inne ren der Kanäle mit einem Klebstoff benetzt. Anschließend wird die metallische Struktur mit einem Lot in Kontakt gebracht, welches an dem Klebstoff haftet, wobei danach eine thermische Behandlung zur Ausbildung von Lotverbindungen zwischen den separaten Wänden durchgeführt wird.

Weiterhin wird hier eine Vorrichtung zum Benetzen einer metallischen Struktur mit einem Klebstoff beschrieben, wobei diese ein Klebstoffreservoir umfasst, das mit mindestens einem für den Klebstoff durchströmbaren Dosierelement verbun den ist.

Derartige metallische Strukturen werden bevorzugt als Katalysator-Trägerkörper in Abgassystemen mobiler Brennkraftmaschinen eingesetzt. In Hinblick auf eine solche Verwendung und zur Erzielung einer hohen Effektivität einer katalytischen Umsetzung von Schadstoffen im Abgas ist es erforderlich, eine möglichst große katalytisch aktive Kontaktfläche der metallischen Struktur zur Verfügung zu stel len. Aus diesem Grund zeichnete sich in den letzten Jahren ein Entwicklungstrend hin zu hohen Kanaldichten und sehr dünnen Kanalwänden ab. Die Verwendung von sehr dünnen Kanalwänden, insbesondere aus hochtemperatur- und korrosi onsbeständigen Metallfolien, hat jedoch zur Folge, dass die fügetechnische Ver bindung der Kanalwände miteinander unter Berücksichtigung der hohen thermi schen und dynamischen Beanspruchung im Abgassystem eines Automobils erfol gen muss. So ist es beispielsweise zur Gewährleistung einer thermisch bedingten Ausgleichsdehnung erforderlich, die Kanalwände zumindest teilweise nur in ei nem vorgebbaren axialen Abschnitt miteinander zu verbinden, so dass eine durch gehende fügetechnische Verbindung über die gesamte Länge der Kanäle vermie den wird. Die Grenzen dieses Verbindungsabschnittes sind dabei möglichst exakt einzuhalten.

Eine weitere Vergrößerung der katalytisch aktiven Oberfläche wird dadurch er reicht, dass die relativ glatten Kanalwände mit einem sogenannten Washcoat be schichtet werden, der eine sehr zerklüftete Oberfläche aufweist. Diese zerklüftete Oberfläche gewährleistet einerseits ein ausreichend großes Platzangebot für die Fixierung katalytisch wirkende Bestandteile (als Katalysatoren werden z. B. Pla tin, Rhodium, etc. eingesetzt), und dient andererseits zur Verwirbelung des durch strömenden Abgases, wobei ein besonders intensiver Kontakt zum Katalysator bewirkt wird. Allerdings bewirkt das Auftragen des Washcoat eine weitere Redu zierung des frei durchströmbaren Querschnittes, was insbesondere bei hohen Ka naldichten einen unerwünschten Druckabfall über den Katalysator- Trägerkörper zur Folge haben kann. Insofern ist es bedeutsam, Lotmaterial jeweils nur in den Kontaktstellen der Kanalwände anzuordnen, um die Beschichtungshö he (Lot plus Washcoat) ausgehend von der Kanalwand nicht unnötig zu vergrö ßern.

Der Washcoat besteht gewöhnlich aus einer Mischung eines Aluminiumoxids der Übergangsreihe und mindestens einem Promoteroxid wie beispielsweise Seltener denoxid, Zirkonoxid, Nickeloxid, Eisenoxid, Germaniumoxid und Bariumoxid. Das Auftragen der die Katalyse fördernden hochoberflächigen Washcoat-Schicht erfolgt bekanntermaßen in der Weise, dass der Wabenkörper in einer flüssige Washcoat-Dispersion getaucht oder mit dieser besprüht wird. Anschließend wird die überschüssige Washcoat-Dispersion entfernt, der Washcoat im vorzugsweise wabenförmig ausgebildeten Katalysator-Trägerkörper getrocknet und anschließend bei Temperaturen meist über 450°C kalziniert. Während des Kalzinierens werden die flüchtigen Bestandteile der Washcoat-Dispersion sowie Bestandteile eines Binde- oder Klebemittels ausgetrieben, so dass eine temperaturbeständige und katalysefördernde Schicht mit hoher spezifischer Oberfläche erzeugt wird. Gegebenenfalls wird dieser Vorgang mehrfach wiederholt, um eine gewünschte Schichtdicke zu erreichen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Katalysator-Trägerkörpers geht bei spielsweise aus der US 5,086,167 beziehungsweise Re. 35,063 hervor. Insbeson dere werden dort die technischen Probleme betreffend die Dosierung und das Auf tragen eines Lotmittels auf eine Wabenstruktur beschrieben. So wird beispielswei se erläutert, dass übermäßiger Lotmittelverbrauch bei ungenauer Beleimung zur Korrosion in den Metallfolien führt, wobei darauf zu achten ist, dass der Leim beziehungsweise das Bindemittel nur in den Berührpunkten der Metallfolien an geordnet wird. Weiter wird ausgeführt, dass ein Auftragen des Lotmittels vor ei nem Wickel- oder Schichtvorgang der Blechfolien nicht geeignet ist, da einerseits der endgültige Durchmesser des Wabenkörpers infolge der zwischen den Blechfo lien angeordneten Lotmittelkörner nicht exakt einstellbar ist, und unter Umstän den aufgrund des nachträglichen Verflüssigens der Lotmittelkörner Lücken zwi schen den benachbart angeordneten Metallfolien entstehen können. Auch eine Besprühung des Katalysator-Trägerkörpers mit einem Bindemittel hat sich als ineffektiv herausgestellt, da es sehr schwierig ist mit einer Düse nahe an die ent sprechenden Verbindungsbereiche im Inneren der Kanäle heranzukommen.

In der US 5,086,167 beziehungsweise Re. 35,063 wird vorgeschlagen, einen wa benförmig aufgebauten Katalysator-Trägerkörper durch Schichten und Wickeln von glatten und gewellten Blechfolien herzustellen. Diese Wabenstruktur wird anschließend stirnseitig mit einem Saug-Schwamm in Verbindung gebracht. Die ser Saug-Schwamm ist in einem Behälter mit einem Bindemittel beziehungsweise einem Klebstoff angeordnet und von diesem durchtränkt. Beim Aufsetzen der Wabenstruktur auf den Saug-Schwamm dringt das Bindemittel aus dem Inneren des Saug-Schwamms aufgrund der Kapillarwirkung in das Innere der Kanäle. Nach Erreichen der gewünschten Steighöhe wird die Stirnseite der Wabenstruktur von dem Saug-Schwamm entfernt. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls von der anderen Stirnseite der Wabenstruktur wiederholt werden.

Bezüglich des Saug-Schwamms wird ausgeführt, dass auf diese Weise eine konti nuierliche Bereitstellung von ausreichend Bindemittel gewährleistet sei, da der Saug-Schwamm stets Bindemittel von einer Seite aus dem Bindemittel-Reservoir aufsaugen und über eine andere Oberfläche wieder abgeben kann. Allerdings weist der Saug-Schwamm eine Vielzahl von Poren und Durchgängen auf, welche jeweils stark variierende Strömungsquerschnitte aufweisen. Dies hat zur Folge, dass eine sehr gleichmäßige Bereitstellung von Bindemittel an der Oberfläche, auf welcher die metallische Struktur aufgesetzt wird, nicht sichergestellt werden kann. Zudem haben Verunreinigungen, welche im Rahmen der Fertigung solcher metal lischen Strukturen entstehen und sich auf dem Saug-Schwamm oder in dem Bin demittel-Reservoir ablagern, zur Folge, dass sich die Qualität der Dosierung zu nehmend verschlechtern kann. Dies würde beispielsweise eine häufige Unterbre chung der Fertigung bedingen, da der Saug-Schwamm oft gereinigt oder ausge tauscht werden muss. Findet dies nicht statt, werden Katalysator-Trägerkörper mit sehr unterschiedlicher Qualität betreffend ihrer fügetechnischen Verbindung und somit auch Haltbarkeit produziert, was insbesondere im Automobilbau bezie hungsweise der Abgastechnik nicht geduldet werden kann.

Hiervon ausgehend ist es Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, die oben be schriebenen Probleme zu lösen, und insbesondere ein Verfahren sowie eine Vor richtung anzugeben, bei der eine exakt dosierte und sehr gleichmäßige Zugabe von Klebstoff hin zu einer metallischen Struktur gewährleistet ist. Dabei sind insbesondere die fertigungstechnischen Probleme bei der Herstellung eines solchen Katalysator-Trägerkörpers für den Automobilbau zu berücksichtigen, so dass das Verfahren sowie die Vorrichtung in Hinblick auf die Fertigungsqualität, die Ferti gungskosten und die Produktqualität zumindest für eine Großserienfertigung ge eignet sind.

Dies wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise einer Vorrichtung zum Benetzen einer metallischen Struktur gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 erreicht. Wei tere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens beziehungsweise der Vorrich tung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben, wobei die dort be schriebenen Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander auftre ten können.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Herstellung einer metalli schen Struktur, welche separate Wände umfasst, die für ein Fluid durchströmbare Kanäle bilden und zumindest teilweise im Inneren der Kanäle mit einem Klebstoff benetzt werden. Die metallische Struktur wird mit einem Lot in Kontakt gebracht, welches an dem Klebstoff haftet. Anschließend wird eine thermische Behandlung zur Ausbildung von Lotverbindungen zwischen den separaten Wänden durchge führt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die dosierte Zugabe des Klebstoffs mittels mindestens eines mit dem Klebstoff in Verbindung stehenden, wabenförmig ausgestalteten Dosierelementes mit einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite erfolgt. Der Klebstoff gelangt dabei über die Eintrittsseite in das Dosierelement und wird über die Austrittsseite gleichmäßig in die Kanäle der me tallischen Struktur weitergegeben.

Das hier beschriebene Dosierelement unterscheidet sich wesentlich von dem aus dem Stand der Technik bekannten Saug-Schwamm. So geht beispielsweise aus der Wabenform hervor, dass das Dosierelement eine über seinen Querschnitt re gelmäßige Struktur hat. Insofern ist sichergestellt, dass auf der Austrittsseite stets die gleiche Menge des Klebstoffs bereitgestellt wird. Weiterhin ist vorteilhaft, dass bei dem vorgeschlagenen Dosierelement ebenfalls Kapillar-Effekte genutzt werden können. Das bedeutet, dass der Klebstoff auch gegen die Schwerkraft in den durch die Wabenstruktur begrenzten Zuleitungen von der Eintrittsseite zur Austrittsseite hin aufsteigen kann. Die Ausgestaltung des Dosierelementes in der Art, dass hier wie auch bei der metallischen Struktur Kapillar-Effekte ausgenutzt werden können, ist gerade im Hinblick auf eine Großserien-Fertigung von beson derer Bedeutung, da die Fließeigenschaften des Klebstoffs beziehungsweise Bin demittels nur bezüglich dieses Effektes angepasst sein müssen. Das bedeutet, dass der Klebstoff im Dosierelement und in der metallischen Struktur ein sehr ähnli ches oder sogar gleiches Fließverhalten aufweist, das gegebenenfalls über die Temperatur des Dosierelementes exakt eingestellt werden kann. Dies ist ein ent scheidender Vorteil gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Saug- Schwamm, bei dem der Klebstoff beziehungsweise das Bindemittel auch poröse Zwischenwände durchdringen muss. Insofern ist das hier vorgeschlagene Dosier element sehr einfach prozesssicher auszulegen und exakt regel- beziehungsweise steuerbar.

Gemäß einer Ausgestaltung ist die metallische Struktur ein Wabenkörper, deren Wände durch zumindest teilweise strukturierte Blechfolien gebildet sind, wobei die Blechfolien zu dem Wabenkörper so gestapelt und/oder gewickelt werden, dass die Blechfolien Kanäle begrenzen. Der Wabenkörper stellt eine sehr stabile Struktur dar, die auch den thermischen und dynamischen Anforderungen in einem Abgassystem eines Automobils standhält. Die wabenartige Struktur ermöglicht demnach die Verwendung immer dünner werdender Blechfolien, wobei dennoch eine ausreichende Lebensdauer sichergestellt ist. In Hinblick auf das vorgeschla gene Verfahren kann die Dosierung weiter präzisiert werden, da der Aufbau der metallischen Struktur im wesentlichen mit dem des Dosierelementes überein stimmt.

Weiterhin wird vorgeschlagen, das Dosierelement mit im wesentlichen parallel zu einer Achse ausgeführten Zuleitungen zu versehen, wobei die Kanäle der metalli schen Struktur ebenfalls parallel zu der Achse ausgerichtet werden, bevor die me tallische Struktur mit der Austrittsseite des Dosierelementes in Kontakt gebracht wird. Somit wird die Fließrichtung des Klebstoffs infolge der Kapillar-Effekte im wesentlichen beibehalten, so dass eine gleichmäßige Verteilung von Klebstoff im Inneren der Kanäle der metallischen Struktur sichergestellt ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die Strömungsquer schnitte der metallischen Struktur und des Dosierelementes aufeinander abge stimmt. Dazu hat die metallische Struktur mindestens eine Stirnseite mit einer Kanaldichte, an der die Kanäle, welche eine vorgegebene Kanalquerschnittsform aufweisen, angrenzen. Vorteilhafterweise wird vorgeschlagen, dass das Dosier element mit einer Zuleitungsdichtung ausgebildet ist, die mindestens so groß ist wie die Kanaldichte. Demnach besteht die Möglichkeit, die Kanalwände der me tallischen Struktur exakt auf die Zuleitungswände des Dosierelementes auszurich ten, so dass eine Unterbrechung des Kapillar-Effektes an der Stirnseite der metal lischen Struktur vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder Kanal der metallischen Struktur mindestens eine "eigene" Zuleitung, vorzugsweise vollstän dig, überdeckt. Dabei kann für unterschiedliche Kanaldichten beziehungsweise Kanalquerschnittsformen der herzustellenden metallischen Strukturen jeweils ein anderes, speziell auf diesen Anwendungsfall angepasstes Dosierelement mit einer entsprechenden Zuleitungsdichte beziehungsweise einer korrespondierenden Zu leitungsquerschnittsform eingesetzt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Klebstoff aktiv in die Eintrittsseite des Dosierelementes hineingepumpt. Damit ist gemeint, dass zusätzlich oder alternativ zum (selbstständig ablaufenden) Kapillar-Effekt Energie aufgebracht wird, um den Klebstoff durch die Zuleitungen des Dosierelementes zu fördern. Hierzu eignen sich eine z. B. eine Vielzahl bekannter Pump-Systeme, wie unter anderem Kolbenpumpen, Verdrängerpumpen, Zahnradpumpen, Flügel zellenpumpen, Taumel- und Schrägscheibenpumpen, Sperr- und Rollflügelpum pen oder dergleichen. Derartige Pumpsysteme können beispielsweise zwischen einem Klebstoff-Reservoir und dem Dosierelement angeordnet sein. Weiter ist es ebenfalls möglich, zusätzliche Medien zur Generierung einer Pumpwirkung zu nutzen. So kann beispielsweise der Luft- bzw. Atmosphärendruck im Klebstoff- Reservoir erhöht werden, um derart das Strömen des Klebstoffes durch das Do sierelement hindurch zu unterstützen. Dieses aktive Pumpen kann vor, während und/oder nach dem Kontakt der metallischen Struktur mit dem Dosierelement stattfinden. Somit kann einerseits der Benetzungsvorgang selbst unterstützt wer den, allerdings ist so beispielsweise auch ein Durchfluten des Dosierelementes zur Reinigung des Dosierelementes möglich.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist die Strömungsrichtung des Klebstoffes in dem Dosierelement in Richtung der Schwerkraft. Daraus erge ben sich im wesentlichen zwei Vorteile. Einerseits unterstützt die Schwerkraft in diesem Fall das Durchströmen des Klebstoffes durch das Dosierelement bezie hungsweise die metallische Struktur, so dass auch auf diese Weise eine aktive Pumpunterstützung in den Zuleitungen des Dosiersystems verwirklicht ist. Ande rerseits erlaubt dieses Verfahren, dass die metallischen Strukturen, die üblicher weise auf Förderbändern bzw. in Haltevorrichtungen von einer Bearbeitungs station zur nächsten transportiert werden, beispielsweise von oben und/oder in einer aufrechten Position mit Klebstoff benetzt werden können. Dies ist insbeson dere dann vorteilhaft, wenn derartige Katalysator-Trägerkörper nur von einer Stirnseite her belotet und fügetechnisch verbunden werden sollen. Aufwendige und komplizierte Hebe- und Drehvorrichtungen zur Ausrichtung der metallischen Struktur beispielsweise gegenüber den bekannten Saug-Schwämmen werden der art vermieden. Unter Umständen ist es jedoch auch sinnvoll, dass die Strömungs richtung des Klebstoffs in dem Dosierelement quer zur Richtung der Schwerkraft verläuft, oder sogar entgegengesetzt ist. Eine Ausrichtung des Dosierelementes quer zur Richtung der Schwerkraft ist beispielsweise bei metallischen Strukturen sinnvoll, die eine nicht ebene, insbesondere konische oder teleskopierte, Stirnseite aufweisen. Soll eine metallische Struktur von zwei gegenüberliegend angeordne ten Stirnseiten mit Klebstoff versehen werden, so bietet sich auch eine kombinier te, gleichzeitige Benetzung an, wobei zwei Dosierelemente vorgesehen sind, die jeweils eine entgegengesetzte Flussrichtung, insbesondere parallel zur Richtung der Schwerkraft, des Klebstoffes bewirken.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Steighöhe des Klebstoffes in den Kanälen der metallischen Struktur über die Zeitdauer des Kon taktes mit dem Dosierelement reguliert. Dabei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Klebstoff infolge des Kapillar-Effektes und/oder der aktiven Pumpunterstüt zung eine Fließgeschwindigkeit aufweist, die nahezu konstant ist. Insofern lässt sich bestimmen, über welchen Zeitraum die metallische Struktur mit dem Dosier element in Kontakt gebracht werden muss um eine Steighöhe ausgehend von der Stirnseite der metallischen Struktur zu erzielen. Die Steighöhe kann sich einerseits über die gesamte axiale Länge der metallischen Struktur beziehungsweise der Kanäle erstrecken. Insbesondere bei im Einsatz thermisch sehr stark beanspruch ten metallischen Strukturen ist jedoch eine Steighöhe vorteilhaft, welche sich nur über einen Teilbereich der axialen Länge erstreckt. Auf diese Weise werden bei spielsweise ausgehend von der Stirnseite der metallischen Struktur höchstens die ersten 30 mm, insbesondere nur die ersten 20 mm, mit Klebstoff versehen. Somit ist auch der Bereich definiert, in dem anschließend das Lotpulver haften bleibt und nach der thermischen Behandlung eine fügetechnische Verbindung ausbildet wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Benet zen einer metallischen Struktur mit einem Klebstoff beschrieben. Die Vorrichtung umfasst ein Klebstoff-Reservoir, welches mit mindestens einem für den Klebstoff durchströmbaren Dosierelement verbunden ist. Erfindungsgemäß ist das Dosier element wabenförmig ausgestaltet. Dazu hat dieses eine Eintrittsseite und eine Austrittsseite, wobei der Klebstoff über die Eintrittsseite in das Dosierelement eintritt und über die Austrittsseite sehr gleichmäßig der metallischen Struktur zu führbar ist. Wie bereits oben ausgeführt, ist die wabenförmige Ausgestaltung des Dosierelementes besonders vorteilhaft, da hier besonders gut kontrollierbare und einstellbare Fließeigenschaften des Klebstoffs erzielt werden können. Dies ist insbesondere in Hinblick auf die Fertigung von metallischen Strukturen als Kata lysator-Trägerkörper im Automobilbau von großer Bedeutung.

Weiter wird vorgeschlagen, dass das Dosierelement im wesentlichen parallel zu einer Achse verlaufende Zuleitungen aufweist, die sich bis zu einer im wesentli chen ebenen, vorzugsweise senkrecht zu der Achse angeordneten, Austrittsseite hin erstrecken. Die Austrittsseite ist im wesentlichen eben, um einen ausreichen den Kontakt zwischen dem Dosierelement und der metallischen Struktur sicherzu stellen. Dabei kann es unter Umständen auch vorteilhaft sein, die Austrittsseite nicht eben auszuführen, sondern diese als Negativform der Stirnseite der metalli schen Struktur zu gestalten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Dosierelement eine Zuleitungsdichte von 200 cpsi bis 2000 cpsi hat, insbesondere von 600 cpsi bis 1600 cpsi ("cells per square inch"). Insofern bietet sich die Möglichkeit, auf die zu benetzende metallische Struktur angepasste Dosierelemente zu verwenden;

wobei im wesentlichen gleiche Kanal- beziehungsweise Zuleitungsdichten ver wendet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Dosierelement Metallfolien auf, die zumindest teilweise so strukturiert sind, dass diese für den Klebstoff durchströmbare Zuleitungen bilden. Die Metallfolien haben bevorzugt eine Fo liendicke kleiner als 80 µm, insbesondere kleiner 50 µm und besonders bevorzugt sogar kleine als 30 µm. Bei besonders hohen Kanaldichten, beispielsweise ober halb von 1000 cpsi sind gegebenenfalls noch dünnere Foliendicken zu verwenden, insbesondere in einem Bereich zwischen 12 µm und 20 µm. Die Ausführung der artiger Dosierelemente mit Metallfolien erlaubt die Ausbildung von separaten, durchgängigen Kanälen, wobei die Kanalquerschnittsform nahezu exakt über die Länge der Kanäle beibehalten werden kann. Die relativ glatten Kanalwände bieten keine Anlagerungsmöglichkeit für Partikel oder Verunreinigungen, die beispiels weise an der metallischen Struktur hafteten und beim Aufsetzen auf das Dosier element abfallen. Dies führt, über die Austrittsseite des Dosierelementes betrach tet, zu einer sehr gleichmäßigen Bereitstellung von Klebstoff.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, das Dosierelement mit einem für den Klebstoff durchdringbaren Belag zu versehen, der sich über die Austrittsseite erstreckt. Hierzu bietet sich beispielsweise ein Samtbelag an, der über die Austrittsseite des Dosierelementes gespannt ist. Dieses verhindert bei spielsweise, dass die metallische Struktur beziehungsweise dass Dosierelemente beim Kontakt beschädigt werden. Außerdem wird verhindert, dass Verunreini gungen oder Schmutzpartikel, die sich an der metallischen Struktur befinden, in das Innere des Dosierelementes vordringen, wobei eine Verstopfungen der Zulei tungen weiter minimiert wird. Der Belag hat hierbei auch noch die Aufgabe, den aus den Zuleitungen austretenden Klebstoff über die Stirnkanten der Kanalwände, also im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung durch die Zuleitungen, zu verteilen. Das hat eine noch gleichmäßigere Verteilung des Klebstoffs auf der Aus trittsseite zur Folge. Hierbei sei zur Klarstellung erwähnt, dass ein direkter Kon takt des Belages mit dem Klebstoff nicht erfolgt, sondern stets das erfindungsge mäße Dosierelement zur Förderung des Klebstoffes dient. Die Belaghöhe ist dem nach relativ klein gegenüber der Länge der Zuleitungen, insbesondere beträgt die se maximal 3 mm, vorzugsweise sogar nur 1 mm. Insofern hat der Belag ein sehr kleines Speichervolumen, das bspw. nicht dazu geeignet ist, den gesamten Bedarf an Klebstoff der metallischen Struktur zu bedienen.

Besonders vorteilhaft ist es, die Vorrichtung mit einer Pumpeinrichtung zu verse hen, welche den Klebstoff von dem Löt-Reservoir hin zur Dosiereinrichtung för dert. Als Pumpeinrichtung können eine Vielzahl aus dem Stand der Technik be kannter Pump- oder Fördersysteme eingesetzt werden, die insbesondere zur För derung von sehr kleinen Mengen eines Fluids geeignet sind. Beispielhaft sind zu vor bereits einige solcher Systeme zur Erläuterung des Verfahrens genannt wor den.

Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung hat die Vorrichtung eine Regeleinrich tung, welche die Menge des zum Dosierelement geförderten Klebstoffs reguliert. Als Regelgrößen sind beispielsweise die Zeitdauer des miteinander in Kontakt Bringens, die Zeitdauer des aktiven Pumpvorgangs, die Art des Klebstoffes, die Temperatur des Klebstoffes, der metallischen Struktur und/oder des Dosierele mentes sowie die Dichten und Querschnittsformen der Kanäle beziehungsweise Zuleitungen geeignet.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der in den Figuren dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsformen im folgenden näher erläutert. Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungs formen beschränkt ist. Es zeigen:

Fig. 1 Schematisch einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrich tung sowie eine metallische Struktur;

Fig. 2 schematisch den Ablauf einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstel lung eines Katalysator-Trägerkörpers;

Fig. 3 schematisch und perspektivisch ein Detail einer metallischen Struktur;

Fig. 4 schematisch und perspektivisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dosierelements;

Fig. 5 schematisch die Klebstoff-Aufnahme der metallischen Struktur über die Beleimzeit; und

Fig. 6 schematisch das Klebstoff-Angebot als Funktion der Überstandshöhe des Dosierelementes.

Fig. 1 zeigt schematisch und in einer Schnittansicht eine Ausführungsform der Vorrichtung zum Benetzen einer metallischen Struktur mit einem Klebstoff 4. Die metallische Struktur ist hier als Wabenkörper 11 ausgeführt, der eine Vielzahl gestapelter und gewickelter Blechfolien 10 aufweist, die zumindest teilweise so strukturiert sind, dass für ein Fluid, insbesondere eine Abgas, durchströmbare Ka näle 3 gebildet sind. Der Wabenkörper 11 umfasst außerdem ein Gehäuse 30, welches die Blechfolien 10 umschließt. Zur Ausbildung einer fügetechnischen Verbindung der Blechfolien 10 untereinander sowie der Blechfolien 10 mit dem Gehäuse 30 wird der Wabenkörper 11 bis zu einer Steighöhe 20 ausgehend von einer Stirnseite 14 mit einem Klebstoff 4 benetzt. Bis zu dieser Steighöhe 20 haf tet folglich in einem nachgeschalteten Belotungsprozess das (insbesondere pulverförmige) Lot 5 (nicht dargestellt) an dem Klebstoff 4 im Inneren der Kanäle 3. Nach einer thermischen Behandlung sind somit die Blechfolien 10 miteinander sowie auch mit dem Gehäuse 30 verlötet, insbesondere Hochtemperatur-Vakuum verlötet. Um eine über den Querschnitt des Wabenkörpers 11 konstante Steighöhe 20 in den Kanälen 3 zu erhalten, bieten sich unterschiedliche Alternativen an. Ei nerseits kann die Steighöhe 20 allein durch die Zeitdauer des mit dem Dosierele ment 7 miteinander in Kontakt Bringens geregelt werden. Weiterhin ist bekannt, eine Unterbrechung des Kapillar-Effektes im Inneren der Kanäle 3 durch die Verwendung von Passivierungsmedien (Ölen und/oder Wachsen oder derglei chen) bzw. der Anordnung von Mikrostrukturen zu bewirken. Zum Benetzen der Wabenstruktur 11 mit dem Klebstoff 4 werden die Kanäle 3 parallel zu einer Ach se 13 ausgerichtet und anschließend auch parallel zu dieser Achse 13 auf das Do sierelement 7 zubewegt, bis die Stirnseite 14 auf eine Austrittsseite 9 des Dosier elementes 7 auftrifft. Dabei strömt der Klebstoff 4 in der dargestellten Ausführungsform in Strömungsrichtung 19 (angedeutet durch die Pfeile) entgegensetzt zur Richtung der Schwerkraft 31.

Das in Fig. 1 dargestellte Dosierelement 7 ist wabenförmig ausgestaltet und hat eine Eintrittsseite 8 und eine Austrittsseite 9, wobei der Klebstoff 4 über die Ein trittsseite 8 in das Dosierelement 7 eintritt und über die Austrittsseite 9 gleichmä ßig dem Wabenkörper 11 zuführbar ist. Dazu weist das Dosierelement 7 im we sentlichen parallel zu einer Achse 13 verlaufende Zuleitungen 12 auf, die sich bis zu einer im wesentlichen ebenen Austrittsseite 9 hin erstrecken. Die Herstellung dieser Zuleitungen 12 erfolgte mittels Metallfolien 22, die zumindest teilweise strukturiert sind. Hierzu eignen sich insbesondere glatte und/oder gewellte Metall folien, die geschichtet und/oder gewickelt sowie anschließend in einem Mantel rohr 29 angeordnet werden. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich dabei das Mantelrohr 29 einerseits bis zur Austrittsseite 9, gegenüberliegend über ragt das Mantelrohr 29 jedoch die Eintrittsseite 8. Insofern ist klar, dass die Länge der Zuleitungen 12 beziehungsweise der Metallfolien 22 und des Mantelrohres 29 in Richtung der Achse 13 voneinander unabhängig und verschieden ausgeführt sein können. Die Austrittsseite 9 ist zusätzlich mit einem für den Klebstoff 4 durchdringbaren Belag 24, insbesondere einem Samtbelag, versehen. Dieser ist bevorzugt direkt mit beziehungsweise an dem Mantelrohr 29 befestigt, wobei der Belag 24 direkt an der Austrittsseite 9 aufliegt oder beispielsweise erst durch den Kontakt mit dem Wabenkörper 11 gegen die Austrittsseite 9 gedrückt wird.

Das Dosierelement 7 steht in der dargestellten Ausführungsform in einem zumin dest teilweise mit Klebstoff 4 gefüllten Klebstoffreservoir 21. Das Klebstoffreser voir 21 kann prinzipiell mit einem offenen oder geschlossenen Behälter ausge führt sein. Vorliegend handelt es sich um einen offenen Behälter, wobei die Aus trittsseite 9 um eine Überstandshöhe 33 aus dem Klebstoff 4 herausragt. Um zu gewährleisten, dass ausreichend Klebstoff über die Eintrittsseite 8 in das Innere der Zuleitungen 12 gelangt, ist auf dem Boden des Klebstoffreservoirs 21 eine Weltlage 28 vorgesehen, die zumindest abschnittsweise Durchlässe zwischen dem Mantelrohr 29 und dem Boden des Klebstoffteservoirs 21 gewährleistet. Eine sol che Welllage 28 kann beispielsweise aus einer Metallfolie hergestellt sein, wie sie auch zur Herstellung des Dosierelementes und/oder der metallischen Struktur verwendet wird, wobei bevorzugt dickere Folienstärken zum Einsatz kommen, so dass diese das Gewicht des Dosierelementes und des Wabenkörpers 11 bezie hungsweise den Kontaktdruck zwischen diesen Bauteilen standhält. Alternativ zu der Welllage 28 können selbstverständlich alle weiteren Abstandshalter eingesetzt werden, die den Durchfluss von Klebstoff 4 in innere Bereiche des Dosierelemen tes 7 dauerhaft gewährleisten.

Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der erste Verfahrensschritt umfasst dabei das Stapeln und/oder Wi ckeln von glatten und gewellten Wänden 2 zur Bildung der metallischen Struktur 1. Die separaten Wände 2 werden dabei bevorzugt zylindrisch angeordnet und in einem entsprechend geformten Gehäuse integriert.

Während des zweiten Verfahrensschrittes wird die metallische Struktur 1 mit ei nem Klebstoff 4 zumindest teilweise benetzt. Die dargestellte Vorrichtung um fasst ein Dosierelement 7, welches über eine Pumpeinrichtung 25 mit einem Kleb stoffreservoir 21 verbunden ist. Eine Regelungseinheit 26 stellt sicher, dass die gewünschte Menge des Klebstoffs in die Kanäle der metallischen Struktur 1 ein geleitet wird. In der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Zugabe des Kleb stoffs 4 parallel und entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft.

Der dritte Verfahrensschritt umfasst das Bebten. Dabei wird die metallische Struktur 1 so mit einem Lot 5 in Kontakt gebracht, dass dieses an dem Klebstoff 4 im Inneren der Kanäle 3 haftet. Die nun mit Lot 5 versehene metallische Struktur 1 wird anschließend in einem Ofen 32 erhitzt, wobei das Lot 5 aufgeschmolzen und Bestandteile des Klebstoffs 4 verflüchtigt werden. Dieser Lotvorgang wird insbesondere als Hochtemperatur-Vakuum-Lotvorgang ausgeführt.

Nachdem die metallische Struktur 1 abgekühlt und das Lot 5 in den Kontaktberei chen wieder verfestigt ist, sind Lotverbindungen 6 an den gewünschten Stellen der metallischen Struktur 1 ausgebildet, welche auch den thermischen und dynami schen Belastungen im Abgassystem von mobilen Verbrennungskraftmaschinen, wie beispielsweise Diesel- und Ottomotoren, standhalten.

Fig. 3 zeigt schematisch und perspektivisch ein Detail der metallischen Struktur 1. Diese ist mit separaten, glatten und gewellten Wänden 2 gebildet. Die Ausges taltung der Wände 2 erzeugt Kanäle 3, welche beispielsweise für ein Abgas durch strömbar sind. Die Anzahl der Kanäle 3 über eine vorgegebene Fläche wird hier Kanaldichte 17 genannt, die hier bevorzugt in cpsi ("cells per square inch") angegeben wird. Beim Aufeinanderstapeln beziehungsweise Wickeln der glatten und gewellten Wände 2 werden Berührstellen zueinander definiert, an denen hier, vorzugsweise ausschließlich, fügetechnische Verbindungen 6 erzeugt werden sol len. Die Kanalquerschnittsform 15 ergibt sich durch das Aufeinanderlegen einer gewellten Wand 2 und einer glatten Wand 2, wobei in den Kontaktbereichen der Wände Zwickel 27 gebildet werden, die einen Kapillar-Effekt begünstigen.

Fig. 4 zeigt schematisch und perspektivisch ein Dosierelement 7, welches aus Metallfolien 22 gebildet ist, die in einem Mantelrohr 29 angeordnet sind. Hierbei wurde eine glatte und eine gewellte Metallfolie 22 spiralig aufgewickelt, wobei Zuleitungen 12 mit einer Zuleitungsquerschnittsform 16 erzeugt wurden. Die Me tallfolien 22 weisen eine Foliendicke 23 auf, die vorzugsweise kleiner 15 µm be trägt, so dass Zuleitungsdichten bis 2000 cpsi ("cells per square inch") möglich sind. Das Dosierelement 7 steht dabei in einem Klebstoff-Reservoir 21, wie in Fig. 1 dargestellt, so dass der Klebstoff 4 über die Eintrittsseite 8 des Dosierele mentes 7 in die Zuleitungen 12 gelangt.

Das Diagramm in Fig. 5 zeigt schematisch die Klebstoffaufnahme als Funktion der Beleimzeit, also die Zeit, in der der metallischen Struktur Klebstoff zugeführt wird. Dabei ist "m" die Menge des Klebstoffes, den die metallische Struktur be reits aufgenommen hat. Die Beleimzeit startet, wenn die metallische Struktur auf der Austrittsseite des Dosierelementes aufsetzt. Aus Fig. 5 lässt sich nun erken nen, dass die Geschwindigkeit, mit der die Klebstoffmenge in der metallischen Struktur versehen wird, zunächst relativ hoch ist, sich anschließend verlangsamt und schließlich gegen einen Grenzwert "m₁" läuft. Dieser Grenzwert "m₁" stellt praktisch die Klebstoffmenge dar, die die metallische Struktur maximal aufneh men kann. Dies kann sich einerseits auf die gesamte Länge der Kanäle beziehen, allerdings gilt nichts anderes bei einer Beleimung bis zu einer vorgegebenen Steighöhe, die sich nicht über die axiale Länge der Kanäle erstreckt. Der darge stellte Verlauf der Kurve ist nur schematisch, der exakte Verlauf hängt insbesondere von der Ausbildung der Kanalquerschnittsform (insbesondere der Zwickel) des verwendeten Klebstoffs, den Umgebungsbedingungen und ähnlicher relevan ter Faktoren ab.

Fig. 6 zeigt schematisch das Klebstoffangebot "m" als Funktion der Überstands höhe "h" (entspricht dem Bezugszeichen 33 in Fig. 1). Hier lässt sich erkennen, dass eine Abnahme des Klebstoffangebotes bewirkt wird, wenn die Austrittsseite 9 des Dosierelementes 7 weiter aus dem Klebstoff 4 herausragt. Das bedeutet, dass für metallische Strukturen 1, die großflächige Verbindungsbereiche aufwei sen sollen, eine Anordnung des Dosierelementes 7 zu wählen ist, bei der dieses nur gering über die Oberfläche des Klebstoffes hinausragt. Üblicherweise liegt die Überstandshöhe in einem Bereich zwischen 5 mm und 70 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 60 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die hier vorgeschlagene Vorrichtung lösen in einfacher Weise alle in der Einleitung genannten technischen Probleme. Somit wird insbesondere die Fertigung von metallischen Katalysator-Trägerkörpern ver einfacht und prozesssicher ausgelegt, wodurch die Einhaltung von den neusten und strengsten Abgasrichtlinien auch in Zukunft sichergestellt ist. Besonders lan ge Lebenszyklen sind nunmehr möglich, wobei nun auch eine umweltgerechte und automatisierte Reinigung und neue Beladung des Trägerkörpers mit Washco at und/oder Katalysatoren nach einer gewissen Einsatzdauer im Abgassystem ei nes Kraftfahrzeuges gewährleistet werden kann.

Bezugszeichenliste

1

metallische Struktur

2

Wand

3

Kanal

4

Klebstoff

5

Lot

6

Lotverbindung

7

Dosierelement

8

Eintrittsseite

9

Austrittsseite

10

Blechfolie

11

Wabenkörper

12

Zuleitung

13

Achse

14

Stirnseite

15

Kanalquerschnittsform

16

Zuleitungsquerschnittsform

17

Kanaldichte

18

Zuleitungsdichte

19

Strömungsrichtung

20

Steighöhe

21

Klebstoffreservoir

22

Metallfolie

23

Foliendicke

24

Belag

25

Pumpeinrichtung

26

Regelungseinrichtung

27

Zwickel

28

Welllage

29

Mantelrohr

30

Gehäuse

31

Schwerkraft

32

Ofen

33

Überstandshöhe

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Struktur (1) umfassend separate Wände (2), welche für ein Fluid durchströmbare Kanäle (3) bilden, wobei die Wände (2) zumindest teilweise im Inneren der Kanäle (3) mit einem Klebstoff (4) benetzt werden, die metallische Struktur (1) mit einem Lot (5) in Kontakt gebracht wird, welches an dem Klebstoff (4) haftet, und anschließend eine thermische Behandlung zur Ausbildung von Lotverbindungen (6) zwischen den separaten Wänden (2) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dosierte Zugabe des Klebstoffes (4) mittels mindestens eines mit dem Klebstoff (4) in Verbindung stehenden, wabenförmig ausgestalteten Dosier elementes (7) mit einer Eintrittsseite (8) und einer Austrittsseite (9) erfolgt, wobei der Klebstoff (4) über die Eintrittsseite (8) in das Dosierelement (7) ge langt und über die Austrittsseite (9) gleichmäßig in die Kanäle (3) weitergege ben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die metallische Struktur (1) ein Waben körper (11) ist und die Wände (2) durch zumindest teilweise strukturierte Blechfolien (10) gebildet sind, wobei die Blechfolien (10) zu dem Wabenkör per (11) so gestapelt und/oder gewickelt werden, dass die Blechfolien (10) Kanäle (2) begrenzen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Dosierelement (7) Zuleitungen (12) im wesentlichen parallel zu einer Achse (13) aufweist, bei dem die Kanä le (3) der metallischen Struktur (1) ebenfalls parallel zu der Achse (13) ausgerichtet werden, bevor die metallische Struktur (1) mit der Austrittsseite (9) des Dosierelementes (7) in Kontakt gebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallische Struktur (1) mindestens eine Stirnseite (14) mit einer Kanaldichte (17) hat, an der die Kanäle (3) angrenzen, bei dem das Dosierelement (7) mit mindestens einer gleich großen Zuleitungsdichte ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Klebstoff (4) aktiv in die Eintrittsseite (8) des Dosierelementes (7) hinein gepumpt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strö mungsrichtung (19) des Klebstoffes (4) in dem Dosierelement (7) in Richtung der Schwerkraft ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Steighöhe (20) des Klebstoffs (4) in den Kanälen (3) der metallischen Struktur (1) über die Zeitdauer des Kontaktes mit dem Dosierelement (7) reguliert wird.

8. Vorrichtung zum Benetzen einer metallischen Struktur (1) mit einem Kleb stoff (4) umfassend ein Klebstoffreservoir (21), welches mit mindestens einem für den Klebstoff (4) durchströmbaren Dosierelement (7) verbunden ist, da durch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (7) wabenförmig ausgestalte tem ist sowie eine Eintrittsseite (8) und eine Austrittsseite (9) aufweist, wobei der Klebstoff (4) über die Eintrittsseite (8) in das Dosierelement (7) eintritt und über die Austrittsseite (9) gleichmäßig der metallischen Struktur (1) zu führbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierele ment (7) im wesentlichen parallel zu einer Achse (13) verlaufende Zuleitun gen (12) aufweist, die sich bis zu einer im wesentlichen ebenen Austrittsseite (9) hin erstrecken.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierele ment (7) eine Zuleitungsdichte (18) von 200 cpsi bis 2000 cpsi hat, insbeson dere von 600 cpsi bis 1600 cpsi.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (7) Metallfolien (22) aufweist, die zumindest teilweise so strukturiert sind, dass diese für den Klebstoff (4) durchströmbare Zuleitun gen (12) bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolien (22) eine Foliendicke (23) kleiner als 80 µm aufweisen, insbesondere kleiner 50 µm und bevorzugt sogar kleiner als 30 µm.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (7) einen für den Klebstoff (4) durchdringbaren Belag (24) hat, der sich über die Austrittsseite (9) erstreckt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpeinrichtung (25) vorgesehen ist, welche den Klebstoff (4) von dem Klebstoffreservoir (21) hin zur Dosiereinrichtung (7) fördert.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung (26) vorgesehen ist, welche die Menge des zum Dosierelement (7) geförderten Klebstoffes (4) reguliert.